In 1985, the Computer Society of the IEEE started a project, called Project 802, to set standards to enable intercommunication among equipment from a variety of manufacturers. Project 802 is a way of specifying functions of the physical layer and the data link layer of major LAN protocols.
Media Access Control: MAC
The MAC sublayer is responsible for the operation of the CSMA/CD access method and framing.
이더넷을 중심으로 배워볼 것이다.
IEEE 802 Working Group
802.3: ethernet 관련 working group 내에 여러 위원회를 두어서 이더넷 관련 표준들을 만들고 있다.(이번 챕터)
802.11: wifi에 관련된 다양한 표준을 만들고 있음(Chapter 15)
802.15: bluetooth와 같은 좁은 지역을 커버하는 통신
802.16: broadband wireless access
LLC and MAC
LLC (Logical Link Control)
Flow control, error control, and part of framing
Single link-layer protocol for all IEEE LANs
MAC (Media Access Control)
Specific access method for each LAN
frame을 만드는 header와frame checking sequence
frame을 만드는 일을 함.
The MAC sublayer is responsible for the operation of the CSMA/CD access method and framing.
network layer에서 내려준 정보를 LLC layer에서 header를 붙이고
13.1 Ethernet Evolution
The original Ethernet was created in 1976 at Xerox’s Palo Alto Research Center (PARC).
Since then, it has gone through four generations
13.2 Standard Ethernet
10Mbps
Preamble:
alerting the receiving system to the coming frame and enabling it to synchronize its input timing
네트웍 통신에서 두 개 이상의 시스템간에 전송 타이밍을 동기화하기 위해 사용되는 신호이다.
수신 측에다가 곧 frame이 온다는 것을 alert한다.그리고 input timing을 동기화 하는 것을 가능케한다.
1,0의 sequence를 반복하는 56bit
is actually added at the physical layer and is not part of the frame
Start frame delimiter(SFD)
앞에서 1,0이 반복되다가 11로 바뀌면서 시작을 알린다.
여기까지는 Physical layer header로 구분함.
Type: Protocol Type bytes
CRC: CRC-32
Data and padding
padding 의 의미는 최소 46bytes가 되어야 하는데 46bytes가 안 됐을 때 0으로 채워서라도 숫자를 맞춰야 하기 때문
파란색 부분이 MAC layer에서 붙이는 header 와 trailer - 18bytes
이더넷은 전 챕터 예제에서 봤듯이 최소 64 bytes ~ 최대 1518bytes
충돌이 발생한 것을 detection 하고서 데이터 보내는 것을 멈춰야 하는데 이미 다 보냈으면 안 좋은 거기 때문에 이를 방지하기 위해 64 bytes 가 최솟값임을 구했었음
Addressing
Ethernet address in hexadecimal notation
이더넷 주소는 위에서 봤듯이 6 bytes이다.
따라서 48 bit
Each station on an Ethernet network has a unique 48-bit address imprinted on its network interface card (NIC)
The least significant bit of the first byte defines the type of address.
If the bit is 0, the address is unicast; otherwise, it is multicast
The broadcast destination address is a special case of the multi-cast address in which all bits are 1s
unicast의 경우 내 주소인 경우만 받는다.
내 이더넷 MAC address가 특정 그룹에 소속해 있다면 같은 소속 그룹만 받아들이는
Implementation of Ethernet
a.
bus topology
coaxial cable
b.
star topology
hub를 이용
twisted pair
요즘은 다 이걸 사용
Ethernet
Access method: 1-persistent CSMA/CD
계속 sensing해서 collision은 좀 생기더라도 즉시 보내 효율성을 높인 method
Slot time = route-trip time + time required to send the jam sequence
총 512 bits for Ethernet, 51.2 μs for 10 Mbps Ethernet
Slot time and collision
slot time 동안은 유지 해줘야 전송을 완료하기 전에 collision이 detect 되어 전송을 멈추고 back off algorithm으로 재전송 준비를 할 수 있다.
Slot time and maximum network length
MaxLength = PropagationSpeed x SlotTime/2
MaxLength = (2 x 108) x (51.2 x 10-6/2) = 5120 m
MaxLength = 2500 m
48 % of the theoretical calculation by considering delay times in repeaters and interfaces, and the time required to send the jam sequence
repeater를 써서 연장하는 것도 가능
사실 length는 bus topology에서만 의미가 있었지 star topology에서는 길이가 큰 matter가 아니기 때문에
Implementation
10 means 10Mbps(standard ethernet)
마지막에 붙은 숫자는 거리를 의미
10Base5: Thick Ethernet
10Base2: Thin Ethernet
10BaseT: Twisted-Pair Ethernet
RJ-45
10Base-F: Fiber Ethernet
Changes in the Standard
Bridged Ethernet: Raising bandwidth and separating collision domains
first station이 frame을 보내고 잠깐 쉬는 사이에 second station이 또 frame을 보낸다.
a.
두 station이 데이터를 10Mbps로 보내긴 하지만 사이사이를 피해가면서 매체를 공유해야 하기 때문에 최대 5Mbps의 Throughput을 내지 못하는 것이다.
두 개의 사무실이 있다면 모두가 다 합해서 10Mbps 사이사이를 피해서 공유
한 쪽 office에서 보내면 다른 office에서는 못보내는 구조
collision domain: 12개
b.
중간에 bridge 장치를 둠으로써 사무실 간 간섭을 줄여 bandwidth를 높인다.
office 간 network를 분리하여 독립적으로 보내는 것이 가능
10Mbps를 6명이서 쓰는 효과를 주기 때문에 효율적이다.
collision domain: 6개
Changes in the Standard
Collision domains in unbridged network and bridged network
누가 하나가 보내면 그와 dependent한 여러 device는 못보내기 때문에 collision domain이 작을 수록 좋음
Changes in the Standard
Switched Ethernet: N-port bridge
각자가 10Mbps의 bandwidth를 갖고 각자의 collision domain은 1인 구조
보내는 동안 받을 수는 없음
Changes in the Standard
Full-duplex (switched) Ethernet: no need for CSMA/CD
보내는 동안 받을 수도 있음
사실상 CSMA/CD가 필요없음
보내고 싶을 때 보내고 받고 싶을 때 받기 때문
13.3 Fast Ethernet
Under the name of IEEE 802.3u
Upgrade the data rate to 100Mbps
Make it compatible with Standard Ethernet
Keep the same 48-bit address and the same frame format
Keep the same min. and max. frame length(64~1518)
MAC Sublayer
CSMA/CD for the half-duplex approach
No need for CSMA/CD for full-duplex Fast Ethernet
Autonegotiation(자동 협상):
망 안에서 10Mbps와 Standard, Fast가 공존할 때,
allow two devices to negotiatethe mode or data rate of operation
Fast Ethernet: Physical Layer
Topology
Implementation
Fast Ethernet: Encoding(시험)
왜 Standard Ethernet에서는 manchester를 썼는데 Fast Ethernet으로 오면서 4B/5B나 8B/6T와 같은 signal의 숫자를 줄이는 방법을 썼을까?
Manchester에서는 중간에 신호가 2번까지도 변할 수 있기 때문에 10Mbps를 보내기 위해서 bandwidth가 20MHz가 필요한 경우가 생길 수도 있다. 그치만 동기화의 문제는 없겠지만... 그래서 그냥 사용하지만
그런데 Fast Ethernet은 100Mbps의 이더넷이기 때문에 최대 200MHz의 bandwidth를 요구하게 될 수 있다.
동기화는 NRZ-I로 해결하겠다.
Summary of Fast Ethernet
13.4 Gigabit Ethernet
Under the name of IEEE 802.3z
Upgrade the data rate to 1 Gbps
Make it compatible with Standard or Fast Ethernet
Keep the same 48-bit address and the same frame format
Keep the same min. and max. frame length
Support auto-negotiation as defined in Fast Ethernet
MAC Sublayer
Most of all implmentations follows full-duplex approach
In the full-duplex mode of Gigabit Ethernet, there is no collision; -> 최대 길이가 상관없어짐
the maximum length of the cable is determined by the signal attenuation in the cable.
Half-duplex mode (very rare) -> collision이 있는 경우
Traditional: 0.512 μs (25m)
Carrier Extension: 512 bytes (4096 bits) min. length
Frame bursting to improve the inefficiency of carrier extension or padding(impractical)
Gigabit Ethernet: Physical Layer
Topology
implementation
Encoding
Gigabit Ethernet: Summary
외울 필요는 없음
13.5 Ten-Gigabit Ethernet
Under the name of IEEE 802.3ae
Upgrade the data rate to 10 Gbps
Make it compatible with Standard, Fast, and Giga Ethernet
Keep the same 48-bit address and the same frame format
Keep the same min. and max. frame length
Allow the interconnection of existing LANs into a MAN or WAN
Make Ethernet compatible with Frame Relay and ATM
MAC Sublayer: Only in full-duplex mode → no CSMA/CD